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Verfahren zur Zündung einer Gas-oder Dampfentladungsstreeke.
Die Erfindung bezieht sich auf die Zündung von Gas-oder Dampfentladungsstrecken, beispielsweise Quecksilberdampfentladungsstrecken. Sie ist besonders für die Steuerung und Regelung von Entladungsstrecken in Gleichrichter-, Wechselrichter- oder Umrichteranordnungen geeignet. Gemäss der Erfindung wird zu der Entladungsstrecke, deren Steuergitter an ein Sperrpotential angeschlossen ist, ein Kondensator im Augenblick der Zündung parallel geschaltet.
Die Entladungsstrecke ist wie bei den üblichen Anordnungen, wie sie für gesteuerte Stromrichter verwendet werden, mit einem auf die Entladungsbahn zwischen Anode und Kathode einwirkenden Steuergitter ausgerüstet, und dieses Steuergitter wird dauernd und unveränderlich an ein solches Potential angeschlossen, dass die Entladungsstrecke bei der angelegten Betriebsspannung gesperrt ist. Als Steuerelektrode können auch andere Elektrodenformen als die üblichen Steuergitter, beispielsweise Hülsen, die innerhalb oder ausserhalb des die Entladungsstrecke einschliessenden Entladungsgefässes die Entladungsbahn umschliessen, verwendet werden.
Für die Grösse des an das Steuergitter anzuschliessenden Sperrpotentials sind die Bemessung des verwendeten Entladungsgefässes, also insbesondere die Bemessung der Steuerelektrode, und die geometrischen Abmessungen des Entladungsweges zwischen Kathode und Anode massgebend.
Je nach Art des verwendeten Entladungsgefässes wird zu dem Zwecke zwischen die Steuerelektrode und die Kathode unter Vorschaltung eines Widerstandes eine negative Gleichspannung geschaltet werden müssen, vielfach wird man aber auch ohne diese Spannungsquelle auskommen können, d. h. das Steuergitter nur über einen Widerstand an die Kathode anschliessen. Letztere Schaltung wird für solche Gefässe angewendet, bei denen die sogenannte Zünd-Kennlinie des Entladungsgefässes mit dem Kathodenpotential übereinstimmt oder darüber hinaus im positiven Bereich liegt.
Durch Versuche an den vorstehend gekennzeichneten Entladungsstrecken wurde festgestellt, dass die Entladungsstrecke, welche durch eine an der Anode anliegende Spannung, die sowohl eine Gleichspannung als auch eine Wechselspannung sein kann, unter normalen Bedingungen nicht gezündet wird, dann zum Zünden gebracht werden kann, wenn durch irgendein geeignetes Schaltmittel ein ungeladener Kondensator zu der Entladungsstrecke parallel geschaltet wird. Die Parallelschaltung des Kondensators erfolgt in dem Augenblick, in dem die Entladungsstrecke gezündet werden soll.
Die an der Entladungsstrecke liegende Arbeitsspannung wird über den Kondensator kurzgeschlossen, und durch den Ladestrom des Kondensators wird das Anodenpotential kurzzeitig auf ein Potential gesenkt, welches annähernd dem Kathodenpotential gleich ist. Mit zunehmender Aufladung des Kondensators steigt das Anodenpotential unmittelbar darauf über seinen normalen Betriebswert an.
Während dieses Anstieges erfolgt die Zündung der Entladungsstreeke. Zweckmässig wird man Mittel vorsehen, um den Kondensator nach der Zündung der Entladungsstrecke wieder zu entladen, damit er für die nächste Zündung, beispielsweise bei periodisch zu zündenden Entladungsstrecken von Stromrichten, wieder arbeitsfähig ist. Dem Kondensator kann zu dem Zwecke ein Widerstand parallel geschaltet sein, der so bemessen ist, dass er im Augenblick des Einschalten der Kondensatorverbindung die Absenkung des Anodenpotentials nicht stört. Die durch den Kondensator und den Widerstand
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bedingte Zeitkonstante des Kondensatorkreises muss aber so bemessen sein, dass die Entladezeit des Kondensators gering ist gegenüber der Periode der Zündungen der Entladungsstrecke.
An Stelle eines Kondensators mit parallel geschaltetem Widerstand kann auch ein Widerstand angewendet werden, dessen Eigenkapazität so gross ist, dass der Parallelkondensator entbehrlich ist.
Die Anordnung kann noch dadurch verbessert werden, dass in den Anodenstromkreis, von der Verbraucherseite gesehen vor dem Anschluss des Kondensatorparallelkreises, eine Induktivität geschaltet wird. Diese Induktivität bewirkt eine Steigerung der durch den Ausgleichsvorgang bedingten Anodenspannungsüberhöhung und trägt daher zur Sicherheit der Zündung erheblich bei.
Die Erfindung kann, wie bereits erwähnt wurde, für die verschiedenen Zwecke angewendet werden.
Man kann durch das Steuerverfahren nach der Erfindung beispielsweise einen Gleichstromkreis einschalten. Der im Kondensatorkreis liegende Schalter wird dann zweckmässig mit zwei Kontakten ausgerüstet, welche nacheinander betätigt werden. Durch den ersten Kontakt wird der Kondensator zu der Entladungsstrecke parallel geschaltet, während durch den zweiten Kontakt der Kondensator zum Zwecke der Entladung kurzgeschlossen wird, zweckmässig über einen entsprechend bemessenen Widerstand.
Besonders wichtig ist das neue Steuerverfahren für Umformeranordnungen, welche mit steuerbaren Stromrichtern arbeiten, also für steuerbare Gleichrichter, Wechselrichter und Umrichter. Bei diesen Umformeranordnungen wird der Zeitpunkt der Zündung der Entladungsstrecke durch die im Kondensatorkreis liegende Schalteinrichtung bestimmt. Man kann zu dem Zweck umlaufende Schaltapparate, beispielsweise nach Art der bekannten Maschinenkollektoren, verwenden, wie sie auch bei den bisher üblichen gittergesteuerten Entladungsstrecken bereits angewendet worden sind.
Mechanische Kontakte können ganz vermieden werden, wenn zum Schalten im Kondensatorkreis Hilfsentladungsstrecken, insbesondere Gas-oder Dampfentladungsstreeken, verwendet werden, die durch die üblichen und bekannten Mittel gezündet werden. Gas-oder Dampfentladungsstrecken sind in diesem Falle deswegen den Hochvakuumelektronenrohren vorzuziehen, weil die Schaltleistung praktisch unbegrenzt ist, und weil vor allen Dingen der Kondensatorstromkreis durch diese Entladungsstrecke ver- zögerungslos eingeschaltet werden kann.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung die Schaltung eines steuerbaren Stromrichters dargestellt. Ein Quecksilberdampfentladungsgefäss 1 ist in bekannter Weise mit einer Anode 2, einem Steuergitter 3 und einer Quecksilberkathode 4 ausgerüstet und durch eine Hilfselektrode 5 wird ein dauernd brennender Erregerlichtbogen aufrecht erhalten. Das Steuergitter 3 ist über eine Batterie 6 und einen Widerstand 7 an die Kathode angeschlossen. Die Batterie 6 kann, wie bereits erwähnt wurde, wegfallen, wenn das Entladungsgefäss so bemessen ist, dass die Verbindung zwischen Steuergitter und Kathode genügt, um das Entladungsgefäss zu sperren.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Verbindungsleitung zwischen Steuergitter und Kathode in das Innere des Entladunggefässes verlegt werden kann, so dass besondere Durchführungen für das Steuergitter, wie sie bei den bekannten gittergesteuerten Entladungsgefässen notwendig sind, ganz entbehrlich werden.
Zu der Entladungsstrecke des Entladungsgefässes 1 ist gemäss der Erfindung ein Kondensator 8 parallel geschaltet, der durch eine periodisch zu betätigende Schalteinrichtung 9 ein-und ausgeschaltet werden kann. Der Kondensator 8 ist durch einen Entladewiderstand 10 überbrückt.
Die Wechselspannungsquelle 11 ist über den Stromverbraucher 12 an das Entladungsgefäss 1 angeschlossen. Das Entladungsgefäss arbeitet dann als Gleichrichter, dessen Stromdurchgang bzw. mittlere abgegebene Gleichspannung mit Hilfe des Schaltapparates 9 geregelt werden kann. An Stelle des Schalters 9 kann, wie bereits erwähnt wurde, auch ein Hilfsentladungsgefäss gesetzt werden, welches periodisch gezündet wird.
Die Erfindung hat gegenüber den bekannten steuerbaren Entladungsstrecken eine Reihe wichtiger Vorteile. Jedweder Eingriff in den Stromkreis von Steuerelektroden der Entladungsbahn fällt fort. Das Steuergitter kann sogar unter Umständen innerhalb des Entladungsgefässes mit der Elektrode verbunden werden, so dass keine Durchführungen nach aussen notwendig sind. Gegenüber andern Steuereinrichtungen, bei denen das Anodenpotential zum Zwecke der Zündung geändert wird, hat die Erfindung den Vorteil, dass das Potential nicht erhöht, sondern gesenkt wird. Wie die Beschreibung der Erfindung zeigt, sind dazu keinerlei besondere Hilfsstromquellen erforderlich.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Zündung von Gas-oder Dampfentladungsstreeken, insbesondere zum Zwecke der Steuerung von Stromrichter, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Entladungsstrecke, deren Steuergitter an ein Sperrpotential angeschlossen ist, in dem Augenblick, in dem diese gezündet werden soll, ein Kondensator parallel geschaltet wird, welcher so bemessen ist, dass durch die Parallelschaltung das Anodenpotential kurzzeitig wenigstens annähernd auf das Kathodenpotential gesenkt wird, worauf das Anodenpotential auf einen für die Zündung ausreichenden Wert ansteigt.
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Process for igniting a gas or vapor discharge path.
The invention relates to the ignition of gas or vapor discharge paths, for example mercury vapor discharge paths. It is particularly suitable for controlling and regulating discharge paths in rectifier, inverter or converter arrangements. According to the invention, a capacitor is connected in parallel to the discharge path, the control grid of which is connected to a blocking potential, at the moment of ignition.
As with the usual arrangements used for controlled converters, the discharge path is equipped with a control grid that acts on the discharge path between anode and cathode, and this control grid is permanently and unchangeably connected to a potential such that the discharge path can be operated at the applied operating voltage Is blocked. Other electrode shapes than the usual control grids, for example sleeves which enclose the discharge path inside or outside the discharge vessel enclosing the discharge path, can also be used as the control electrode.
For the size of the blocking potential to be connected to the control grid, the dimensioning of the discharge vessel used, in particular the dimensioning of the control electrode, and the geometric dimensions of the discharge path between cathode and anode are decisive.
Depending on the type of discharge vessel used, a negative DC voltage will have to be connected between the control electrode and the cathode with a resistor connected upstream for this purpose. In many cases, however, it will also be possible to do without this voltage source, i.e. H. only connect the control grid to the cathode via a resistor. The latter circuit is used for those vessels in which the so-called ignition characteristic of the discharge vessel matches the cathode potential or is in the positive range.
Tests on the discharge paths identified above have shown that the discharge path, which is not ignited under normal conditions by a voltage applied to the anode, which can be either a direct voltage or an alternating voltage, can then be caused to ignite if through any suitable switching means an uncharged capacitor is connected in parallel to the discharge path. The capacitor is connected in parallel at the moment when the discharge path is to be ignited.
The working voltage on the discharge path is short-circuited via the capacitor, and the charging current of the capacitor briefly lowers the anode potential to a potential which is approximately equal to the cathode potential. As the capacitor charges up, the anode potential immediately rises above its normal operating value.
During this increase, the discharge path is ignited. Means will expediently be provided for discharging the capacitor again after the discharge path has been ignited so that it is able to work again for the next ignition, for example in the case of discharge paths of power converters that are periodically ignited. For this purpose, a resistor can be connected in parallel to the capacitor which is dimensioned so that it does not interfere with the lowering of the anode potential at the moment the capacitor connection is switched on. Those through the capacitor and the resistor
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However, the conditional time constant of the capacitor circuit must be dimensioned in such a way that the discharge time of the capacitor is short compared to the period of the ignitions of the discharge path.
Instead of a capacitor with a resistor connected in parallel, a resistor can also be used whose intrinsic capacitance is so large that the parallel capacitor can be dispensed with.
The arrangement can be further improved by connecting an inductance to the anode circuit, seen from the consumer side, before the connection of the capacitor parallel circuit. This inductance causes an increase in the anode voltage excess caused by the equalization process and therefore contributes significantly to the safety of the ignition.
As already mentioned, the invention can be used for various purposes.
The control method according to the invention can, for example, switch on a direct current circuit. The switch located in the capacitor circuit is then conveniently equipped with two contacts which are operated one after the other. The first contact connects the capacitor in parallel to the discharge path, while the second contact shorts the capacitor for the purpose of discharge, expediently via a correspondingly dimensioned resistor.
The new control method is particularly important for converter arrangements that work with controllable power converters, i.e. for controllable rectifiers, inverters and converters. In these converter arrangements, the time at which the discharge path is ignited is determined by the switching device located in the capacitor circuit. For this purpose, revolving switching devices, for example in the manner of the known machine collectors, can be used, as they have already been used in the previously customary grid-controlled discharge paths.
Mechanical contacts can be completely avoided if auxiliary discharge paths, in particular gas or vapor discharge paths, are used for switching in the capacitor circuit, which are ignited by the customary and known means. In this case, gas or vapor discharge paths are preferable to high vacuum electron tubes because the switching capacity is practically unlimited and, above all, because the capacitor circuit can be switched on without delay through this discharge path.
In the drawing, the circuit of a controllable converter is shown as an embodiment of the invention. A mercury vapor discharge vessel 1 is equipped in a known manner with an anode 2, a control grid 3 and a mercury cathode 4, and an auxiliary electrode 5 maintains a continuously burning excitation arc. The control grid 3 is connected to the cathode via a battery 6 and a resistor 7. As already mentioned, the battery 6 can be omitted if the discharge vessel is dimensioned in such a way that the connection between the control grid and the cathode is sufficient to block the discharge vessel.
This arrangement has the advantage that the connecting line between the control grid and cathode can be laid inside the discharge vessel, so that special bushings for the control grid, as required in the known grid-controlled discharge vessels, are completely unnecessary.
According to the invention, a capacitor 8 is connected in parallel with the discharge path of the discharge vessel 1 and can be switched on and off by a switching device 9 that is to be operated periodically. The capacitor 8 is bridged by a discharge resistor 10.
The AC voltage source 11 is connected to the discharge vessel 1 via the power consumer 12. The discharge vessel then works as a rectifier, the current passage of which or the average direct voltage output can be regulated with the aid of the switching device 9. As already mentioned, an auxiliary discharge vessel, which is periodically ignited, can also be used in place of the switch 9.
The invention has a number of important advantages over the known controllable discharge paths. Any intervention in the circuit of the control electrodes of the discharge path is eliminated. Under certain circumstances, the control grid can even be connected to the electrode inside the discharge vessel, so that no lead-throughs to the outside are necessary. Compared to other control devices in which the anode potential is changed for the purpose of ignition, the invention has the advantage that the potential is not increased but rather decreased. As the description of the invention shows, no special auxiliary power sources are required for this.
PATENT CLAIMS:
1. A method for igniting gas or vapor discharge paths, in particular for the purpose of controlling converters, characterized in that a capacitor is connected in parallel to the discharge path, the control grid of which is connected to a blocking potential, at the moment when it is to be ignited which is dimensioned such that the anode potential is briefly reduced at least approximately to the cathode potential by the parallel connection, whereupon the anode potential rises to a value sufficient for ignition.